新型沉降板在高铁施工中的应用研究

时间：2024-05-18

江锋，袁桃，付婷婷

新型沉降板在高铁施工中的应用研究

江锋，袁桃，付婷婷

（四川管理职业学院，四川成都 610072）

高速铁路路基用工后沉降对路基沉降变形进行严格控制，老式沉降板是最常用的手段，但其存在影响填土施工和在使用中容易被破坏并难以恢复的缺点，新型沉降板的设计理论上改掉了这些缺点，但是缺少在具体工程中的应用研究。本文结合工程试验，收集在实际工程施工使用中遇到的各种问题，验证新型沉降板应用效果，积累施工工艺经验，促使其在高铁施工中的推广。

高速铁路路基沉降；新型沉降板；工艺经验；老式沉降板

1 引言

高速铁路在世界发达国家崛起，铁路发展进入了一个崭新的阶段。根据我国铁路建设的实际情况，高速铁路在施工上有很多新的工艺、新的材料、新的施工方法。铁路路基在高速铁路施工上具有施工快速、成本比桥隧构造低等优点，为了控制桥隧比，路基是一个很好的选择。但是，如何给轨道结构提供一个坚固、耐久、稳定的路基是一个重要问题。高速铁路要达到高速、舒适、安全地运输人或者货物，必须保证轨道几何形位满足要求。其线下的路基主要是由土等材料填筑组成的土工结构物，容易发生沉降等问题，影响轨道平顺和稳定。若是普通的有砟轨道，强度是路基质量的主要标准。一旦发生沉降问题，可以利用道床厚度进行调整，调整范围较大。但是，高速铁路多采用无砟轨道，无砟轨道由混凝土底座、CA砂浆和轨枕板等组成，对于路基的沉降，只能通过扣件的调整量进行调整，一个扣件的调整量扣除施工误差影响，留给路基允许的工后沉降只有15 mm，所以高速铁路对路基工后沉降要求非常严格。为了控制沉降，沉降观测仪器中沉降板得到了大量应用。

沉降板作为最常用的手段，具有造价低、易于测试、操作简单等优点。但是在实际应用过程中，存在以下两方面问题：①沉降板由于测杆露出填筑土表面，影响填土施工，压路机由于怕损坏测杆，不能有效碾压测杆附近土体，只能选择小型夯机进行碾压，影响了填土质量和效率。②沉降板一旦损坏后，补救困难，无法继续使用，难以形成连续的测量数据。现场为了保护沉降点，想了很多办法。例如用钢筋笼进行保护或者旗杆进行保护。但是，由于路基施工现场多为无围墙施工，管理难度大，钢筋笼或者旗杆容易丢失或者损坏，增加了管理成本，同时也不能有效地解决沉降板在使用过程中的问题。针对老式沉降板的缺点，新设计的多功能路基沉降测定板、组合式沉降板等进行了改进，但是均存在一些问题。冯怀平等专家研发了新型沉降板，并在京石客运专线路基填筑工程中进行了现场试验，取得了一定的效果。

本文旨在在新型沉降板（冯怀平）的研究基础上，验证新型沉降板的应用效果，对施工工艺经验进行总结，并对新型沉降板的设计进行优化。

2 验证过程

2.1 新型沉降板制作

新型沉降板制作流程为以下5个方面：①底板采用50 cm×50 cm，厚度为1 cm的钢板。②测杆直径为40 mm带丝扣的钢管底部焊接在钢板上。③套管测杆用直径为75 mm的PVC管进行保护。④保护罩顶板采用50 cm闭合泡沫塑料加5 mm钢板。⑤保护罩下半部分采用直径20 cm高度25 cm金属套管。如图1、图2所示。

图1 新型沉降板底板图

图2 新型沉降板保护罩图

2.2 现场试验

现场试验可分为以下7个步骤：①将新型沉降板运至路基试验段，在填筑好的路基填筑层，挖出大于50 cm×50 cm深度为30 cm的坑，布设沉降板底板用细砂进行找平，测杆垂直无偏斜。用水准仪进行第一次抄平，后视控制点A记录读数1，前视测杆顶标高记录读数2.②给新型沉降板盖上保护罩，利用推土机和人工配合回填周围土体，并初平，回填土厚度按设计要求，控制在40 cm。③压路机进行第一遍静压，碾压速度5 km/h，来回碾压5遍。④打开保护罩，用水准仪进行第二次抄平，后视控制点A记录读数3，前视测杆顶标高读数4。⑤盖上保护罩，压路机进行第一次动压，碾压速度5 km/h，碾压3遍，再2遍静压。⑥打开保护罩，用水准仪进行第三次抄平，后视控制点A记录读数5，前视测杆顶标高读数6.⑦结束试验，取出新型沉降板。实验数据如表1所示。

表1 试验数据

新型沉降板应用研究水准测量第一次编号读数/m测杆高程/m沉降/mm 后视（A）11.536483.349/ 前视测杆21.387 水准测量第二次编号读数/m测杆高程/m沉降/mm 后视（A）31.434483.3445 前视测杆41.290 水准测量第三次编号读数/m测杆高程/m沉降/mm 后视（A）51.459483.3431 前视测杆61.316 A点高程（已知点高程假设）483.200

3 应用试验结果分析

3.1 新型沉降板优点

从数据分析，第一次静压后，进行的水准测量显示测杆产生了5 mm的沉降，主要原因为新型沉降板底部钢板下的砂和不平整地基产生的沉降（由于本次试验限制），属于正常现象，沉降观测的测杆起始数据以第二次的测量计算出的测杆高程483.344 m为准。经过压路机动压和静压，沉降板产生了1 mm的沉降，由于使用的是四等水准测量，1 mm 的沉降满足要求，并且从外观上观察，新型沉降板测杆完好，无任何受挤压变形痕迹。说明新型沉降板设计合理、材料选择适当。保护罩很好地保护了测杆，利用测杆观测路基沉降稳定可靠。

从碾压过程分析，碾压机械可以畅通无阻地在测点位置来回碾压，未因为沉降观测点受任何的影响，提高了工作效率，改掉了老式沉降板由于测杆突出路基表面影响填土施工的缺点，满足设计要求。

3.2 新型沉降板缺点

新型沉降板缺点有以下3方面：①在打开保护罩的过程中，由于保护罩上填土容易回填过厚，会出现碾压完毕后，凭肉眼找不到测点位置的情况。②在打开保护罩的过程中，由于保护罩金属套管和紧密土体的摩擦，打开保护罩的过程比较困难，虽然设计有拉环，但是也很难拉动保护罩。③在放置好保护罩后，利用机械回填土的过程中，防护罩由于受力不均，可能出现偏斜甚至倾覆。

3.3 新型沉降板应用施工经验总结

新型沉降板在应用过程中，要严格控制保护罩表面填土厚度，若遇到填土厚度过厚，碾压后容易找不到测点位置，这时用金属探测器或者全站仪查找较为方便。新型沉降板虽然设置有拉环，但是在打开过程中，容易遇到很难打开的情况，可以用长钢筋等工具利用杠杆原理撬开。新型沉降板放置保护罩后，机械回填土的同时需要人工配合施工将保护罩四周土均匀回填，防止保护罩由于四周受力不均而发生倾覆或者过大偏斜。